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光电编码器工作原理光电编码器是一种用于测量角度、位置和速度的重要装置。
它通过将光、电信号转化为数字信号来实现对物体的测量。
本文将介绍光电编码器的工作原理及其应用。
1. 光电编码器的基本原理光电编码器由光电传感器和编码盘两部分组成。
光电传感器接收光信号，并将其转化为电信号；编码盘是一种有规律的图案，由光和暗交替排列而成。
当光线射到编码盘上时，光电传感器会感受到由光和暗交替引起的光信号变化，并将其转化为电信号。
根据编码盘图案的不同，光电编码器可分为增量式和绝对式两种类型。
2. 增量式光电编码器的工作原理增量式光电编码器的编码盘上通常有两个光栅，分别为A相和B相。
A相光栅上的光信号与B相光栅上的光信号具有一定相位差。
当光电传感器接收到A相和B相信号后，可以通过信号的变化来判断物体的运动方向和速度。
当物体顺时针转动时，A相和B相信号的触发顺序为A→B→A'→B'；当物体逆时针转动时，触发顺序为A'→B'→A→B。
通过记录触发信号的次数和顺序，可以测量出物体的角度和速度。
3. 绝对式光电编码器的工作原理绝对式光电编码器在编码盘上添加了位移码和同步码。
位移码用于测量物体的具体位置，而同步码用于确定当前位置的起点。
通过读取编码盘上的位移码和同步码，光电传感器可以准确地确定物体的角度、位置和速度。
绝对式光电编码器的精度高，但制造成本也较高。
4. 光电编码器的应用领域光电编码器广泛应用于机器人、数控机床、电子设备等领域。
在机器人领域，光电编码器可用于测量机器人关节的角度和位置，实现精确的运动控制。
在数控机床领域，光电编码器可用于控制工件的位置、速度和加速度，确保加工的精度和稳定性。
在电子设备领域，光电编码器可用于调节电机的转速和位置，实现设备的精准控制。
总结：光电编码器是一种重要的测量装置，通过将光、电信号转化为数字信号来实现对物体的测量。
根据编码盘的不同，光电编码器可分为增量式和绝对式两种类型。
光电编码器原理及应用电路————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：光电编码器原理及应用电路1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90度的脉冲信号。
图1 光电编码器原理示意图根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90度的脉冲信号，Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
光电编码器原理结构与故障检修研究光电编码器是一种高精度计量的光栅检测元件的数字化测角设备，在当下信息自动化发展迅速的时代，应用极其广泛。
为了深入了解光电编码器的原理结构以及故障检修的方式，本篇文章从光电编码器的分类开始，介绍了其工作原理，之后通过国外内的光电编码器故障诊断以及检修的方式，从而对较有代表性的故障诊断技术进行了深入分析与比较，总而总结出了各类问题的诊断以及检修方式，从而揭示光电编码器诊断方法向自动化、便携化、动态监测以及多技术融合等方向发展的趋势。
标签：光电编码器;原理结构;故障检修前言高分子辨力光电轴角编码器是一种光、机、电为一体的精密的数字测角装置。
它通过高精度计量圆光栅为测量元件，通过空间角的位移从而转化成电子信息传输，与计算机显示装置进行连接，从而实现动态以及数字控制的功能。
其主要特点是精度高且能耗较小，测量范围与种类较多、抗干扰能力强等。
在我国重工业以及国防和科研方面具有广泛的应用。
随着我国高新技术产业的不断发展，测控技术的成本以及复杂性越来越高，光电编码器的任何微小的差错都可能会对整个系统与项目造成毁灭性打击。
据此，根据光电编码器的准确性以及高效性就有了更高的要求，从而快速检查并修复光电编码器的相应故障与问题，是提高整个系统稳定性最重要的内容。
1.光电编码器的分类光电编码器按照种类可以分为增量式以及绝对式两种。
其中增量式编码器通过累计码盘，从而在转动过程中输出一定的信息增量，将二进制的信息转化成实际的角度值，从而得到所测量的转角值。
绝对式编码器的码盘单一位置对应单一的数字代码。
增量式编码器结构与其他种类的编码器相比，结构较为简单并且容易实现细小操作，但在电量维持不足后容易造成数据的丢失现象，从而形成了一定的误差。
而对于绝对式编码器则具有固定的零位，其传输的代码也是单值函数，抗干扰能力较强，并且在电量不足之后也不用重新进行系统的标定，没有增量式编码器的累积误差的优点，但是缺点是制造工艺较为复杂，并且不能进行细小且细微的工作内容[1]。
光电编码器原理及应用电路光电编码器是一种利用光电效应实现位置、速度等参数检测和测量的装置。
它由发光二极管（Light Emitting Diode, LED）、光敏二极管（Photodiode, PD）、编码盘和信号处理电路组成。
光电编码器在工业自动化、机械加工、传感器技术等领域有广泛应用。
光电编码器的原理是利用LED发出的光束照射在编码盘上，光束穿过编码盘上的透光窗口，然后被PD接收。
编码盘上的透光窗口根据具体应用可设计为封闭区域或开放环形区域。
当光束穿过透光窗口时，PD会产生电流。
根据编码盘上透光窗口的位置和数量，光电编码器可以测量位置、速度和方向。
1.LED驱动电路：用于驱动LED发出光束。
常见的驱动电路有恒流源驱动电路和恒压源驱动电路。
恒流源驱动电路通过驱动电流来保持LED亮度的恒定。
恒压源驱动电路通过输出恒定的电压来驱动LED。
2.PD放大电路：PD接收到的光信号较弱，需要经过放大电路进行放大，以产生可检测的电流信号。
放大电路可以采用放大器或运算放大器构成。
3. 编码盘检测电路：编码盘上的透光窗口需要经过检测电路进行处理。
检测电路主要包括光电二极管（Phototransistor）和比较器。
光电二极管将透光窗口的光信号转换为电流信号，而比较器则将电流信号转换为数字信号。
4.信号处理电路：信号处理电路主要用于将光电编码器的输出信号进行滤波、放大和数字化处理。
滤波电路可以去除噪声和干扰，放大电路可以增加信号幅度，而数字化处理电路可以将信号转换为数字信号，便于后续处理和使用。
光电编码器具有精度高、工作可靠、抗干扰能力强等优点，因此在工业自动化中得到广泛的应用。
它常被用于位置检测、速度测量、姿态测量等场合。
例如，在机床上，光电编码器被用于测量工件的位置和轴向移动的速度，实现精确的工件加工。
在机器人领域，光电编码器可以用于测量机器人的关节位置和运动速度，实现机器人的精确控制。
在传感器技术中，光电编码器可用于测量物体的旋转速度和方向，如测量风扇的转速和风向等。
光电编码器原理及应用电路————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：光电编码器原理及应用电路1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90度的脉冲信号。
图1 光电编码器原理示意图根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90度的脉冲信号，Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
高精度的光电编码器的结构及原理2009年06月12日星期五8:48本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。
一、光电编码器的介绍：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。
根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。
图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。
通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。
如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、 (1111)a) b)按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。
当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。
（二）、增量式光电编码器Increamental Optical-electrical Encoder增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。
它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90o相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。
工作时，鉴向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，通过主光栅码盘和鉴向盘后由光敏二极管接收相位差90o的近似正弦信号，再由逻辑电路形成转向信号和计数脉冲信号。
为了获得绝对位置角，在增量式光电编码器有零位脉冲，即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使位置角清零。
利用增量式光电编码器可以检测电机的位置和速度。
二、光电编码器的测量方法：光电编码器在电机控制中可以用来测量电机转子的磁场位置和机械位置以及转子的磁场和机械位置的变化速度与变化方向。
下面就我就光电编码器在这几方面的应用方法做一下介绍。
（一）、使用光电编码器来测量电机的转速可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。
具体的测速方法有M法、T 法和M/T法3种。
M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，如图2所示，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。
现在假设检测时间是Tc,计数器的记录的脉冲数是M1,则电机的每分钟的转速为n二旦T ---------------------------------------------------------------------------- 1 ------------- A—■1 i —T- -J J - - -T J 工」图2 M法测速原理编码器脉冲信号nrL_rL_r i ____ r _ _」一一:一口〕~!时钟脉冲信号图3 T法测速康理在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。
如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。
在一定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间Tc单考虑到实际的应用检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在0.01秒以下。
由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。
M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N机测量时间孔条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。
T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法，如图3所示。
例如时钟频率为^^,计数器记录的脉冲数为M2,光电编码器是N线的，每线输出4N个脉冲，那么电机的每分钟的转速为为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。
但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出；另外，时间太长也会影响控制的快速性。
与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。
M/T法测速是将M法和T法两种方法结合在一起使用，在一定的时间范围内，同时对光电编码器输出的脉冲个数M1和M2进行计数，则电机每分钟的转速为实际工作时，在固定的Tc时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时Tc时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。
采用M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点，能够覆盖较广的转速范围，测量的精度也较高，在电机的控制中有着十分广泛的应用。
（二）使用增量式光电编码器来判别电机转速方向的原理增量式光电编码器输出两路相位相差90o的脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90o,此时逻辑电路处理后可形成高电平的方向信号Dir。
当电机反转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲信号B的相位90o,此时逻辑电路处理后的方向信号Dir为低电平。
因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向。
其转速辩相的原理如图4所示图4转向判别原理图（三）、增量式光电编码器的反馈脉冲的四倍频原理在使用增量式编码器时，通过计相位相差90o的两路正交脉冲信号A和B的上升沿与下降沿已达到将增量式编码器的反馈脉冲四倍频的目的。
这样在不增加增量式光电编码器的线数的情况下，就可以获得更精度高的位置脉冲信息，以实现对电机位置的精确控制。
其工作原理与脉冲的相位关系如图5所示图5脉冲四倍频相位关系图光电脉冲编码器的原理及维修在数控机床中，光电脉冲幽器作为速度和位置检测的元件，故障发生率较高，外在表现多种多样，我们在维修实践中，将有关光电脉冲编码器的故障给予归纳和分类，使故障更加明确。
1、简介首先对光电脉冲编码器作一下简介。
光电脉冲编码器可分为增量式和绝对式。
所谓增量式即编码器转过角度就发出脉冲，查不出轴处于什么位置，只能记录得电后的脉冲数。
机床失电后，不能记忆轴的位置。
绝对式则能够记忆轴转过的角度和空间位置。
这依赖于一组或一个备用电池的支持，使机床失电后仍能保持记忆。
当然编码器依据安装位置不同又可分为内装式和外装式，内装式和伺服电动机同轴安装，外装式则安装在传动链末端。
编码器输出信号通常有两组相位差90度的方波信号用于辨向，一个零标志位（又称一转信号），+5V电源和接地端。
绝对式还有备用电池连接端。
2、故障分类故障分类如下：（1）编码器本身故障:是指编码器本身元器件出现故障，导致其不能产生和输出正确的波形。
这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。
（2）编码器连接电缆故障:这种故障出现的几率最高，维修中经常遇到，应是优先考虑的因素。
通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。
还应特别注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。
（3）编码器+5V电源下降:是指+5V电源过低，通常不能低于4.75丫，造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。
（4）绝对式编码器电池电压下降:这种故障通常有含义明确的报警，这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。
（5）编码器电缆屏蔽线未接或脱落:这会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的准确性，必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。
（6）编码器安装松动:这种故障会影响位置控制精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特别注意。
（7）光栅污染这会使信号输出幅度下降，必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。
3、实例下面以我们在维修中遇到的两例故障予以说明。
（1）实例一故障现象：加工中心DHK40主轴定向时一直低速旋转。
故障分析和处理：这很显然是机床接收不到零标志信号，即一转信号。
打开机床侧盖，拆下脉冲编码器，发现脉冲编码器底部有一层粉末。
完全拆开编码器后发现圆光栅上的条纹已全部被磨光，当然发不出信号。
更换新编码器后，一切正常。
此时需修改主轴准停时停止位置偏移量参数，使定向位置与更换前相同。
（2）实例二故障现象：日本樱井专机开机后出现123 （绝对脉冲编码器）电压低故障。
故障分析和处理：该机床已闲置5年，采用FANUC 16系统，电池应该失效。
更换4节1号碱性干电池后，机床又显示请求回参考点故障。
此时在手动状态将机床移动到参考点附近，再将参数1815#5（APCX）#4（APZX）全部置0，关断一次电源后重新启动，坐标值全部显示为0。
再将参数1815#5（APCX）#4（APZX）全部置1，关断一次电源，再重启，一切正常。
这样便给机床重新建立了参考点。
综上所述，脉冲编码器故障总体而言可分为编码器本身故障和外围输入、输出故障，明确这两点许多问题就清晰了。
